Xreferat.com » Рефераты по химии » Получение сорбционных материалов с биогенными элементами

Получение сорбционных материалов с биогенными элементами

где

где Снач и Сравн- исходная и равновесная концентрации иона магния, моль/л;

V- объем раствора сульфата магния, см3;

m- масса навески энтеросорбента, г.


Экспериментальная часть


3.1. Синтез энтеросорбентов


На начальном этапе целью исследования явилось получение сорбционных материалов и использование их в качестве энтеросорбентов в медицинских целях.

Получение энтеросорбентов предполагает правильный выбор носителя для иммобилизации. При этом важно учитывать наличие таких положительных свойств твердых матриц как: развитая удельная поверхность, термостабильность, механическая устойчивость, малое изменение объема гранул при изменении рН или ионной силы, наличие функциональных групп, пригодных для селективной химической модификации и устойчивость к воздействию микроорганизмов.

В настоящее время предлагается огромный выбор биокатализаторов, которые могут быть использованы в биотехнологии и медицине в качестве энтеросорбентов, а также для селективного извлечения катионов и анионов из водных (или жидких) сред [13].

На данном этапе исследований перед нами стояла задача получения базового полифункционального сорбента, обладающего высокой сорбционной емкостью и специфичностью, который удовлетворял бы всем вышеперечисленным требованиям, предъявляемым к сорбционным материалам.

Поставленная задача решается способом, включающим гетерогенизацию поверхности микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) природным высокомолекулярным соединением казеином.

Технология получения казеина представлена в виде схемы на рисунке 1.


Рисунок 1 – Схема получения казеина из сухого молока


Выбор микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) в качестве носителя обусловлен, прежде всего, ее доступностью и наличием реакционно-способных групп, легко вступающих в химические реакции, а также тем, что она естественным образом улучшает самоочищение кишечника. Обладая тонизирующим действием на ткани кишечника, усиливает перистальтику и помогает избавиться от контаменантов и слизи, тем самым, улучшая усвоение питательных веществ и воды.

Высокоразвитая поверхность МКЦ, активные концевые группы, образующиеся при гидролитическом расщеплении глюкозидных связей высокополимерной целлюлозы, наличие силанольных групп ≡Si-OH на поверхности аэросила, являются определяющим фактором в процессе модификации поверхности носителя белковыми лигандами.

Использование казеина для активации поверхности носителя обусловлено рядом положительных свойств белкового комплекса: присутствие фосфора в виде фосфосериновых групп, которые определяют анионный характер казеина в нейтральной среде, высокое содержание некоторых аминокислот (глутаминовая кислота, лейцин, пролин) и неполярных остатков отвечает за нерастворимость казеина в воде на уровне изоэлектрической точки (рН 4,6) [1]. Кроме того, первичная структура пептидной цепи отличается присутствием двух контрастных зон: концевая последовательность –NH2 имеет в целом основной и гидрофобный характер; концевая последовательность –СООН является кислой и гидрофильной; и обусловливает ряд важных физико-химических свойств казеинов [7], одно из которых состоит в высокой адсорбционной способности.

Согласно физико-химическим свойствам, казеин является кислотным белком, поэтому хорошо растворяется в растворах щелочей с образованием казеинатов. При концентрации гидроксида натрия ниже 5 % невозможно достичь полного растворения казеина, выше 15 % - может наступить необратимая денатурация белка.

Концентрация казеина для модификации поверхности аэросила выбирается с учетом стерического фактора. Менее 1 мас.% казеина использовать нецелесообразно, т.к. остаются не задействованы в процессе модификации все функциональные группы аэросила. Использование более 15 мас.% казеина недопустимо в связи с конкуренцией молекул казеина за право обладанием центрами связывания, находящихся на поверхности кремнезема.

Получение сорбционных материалов с биогенными элементамиПроведен синтез энтеросорбентов на основе микрокристаллической целлюлозы и казеина.

Технология получения энтеросорбента включает в себя 6 стадий и представлена на рисунке 2.

Жесткой матрицы для иммобилизации казеина служила МКЦ - неионогенный гидрофильный полисахарид. Модификацию поверхности МКЦ казеином проводили в соответствии с методикой изложенной в работе [14].

Стадия 1 характеризует процесс получения казеина из сухого молока.

Стадия 2 включает растворение навески казеина в растворителе. На этой стадии в раствор казеина вводится неорганический газообразователь гидрокарбонат аммония в количестве не более 1-3% по массе. Введение гидрокарбоната аммония позволит исключить загрязнение сорбента контаменантами.


Рисунок 2 - Схема получение сорбента на основе микрокристаллической целлюлозы


Стадия 3 включает суспензирование навески МКЦ и раствора казеина с неорганическим газообразователем.

Стадии 4,5 отражают сушку сорбента под вакуумом при t=500 С до испарения растворителя.

Стадия 6 включает стабилизацию сорбента подкисленным раствором ацетона.


3.2. Исследования сорбционной емкости разработанных сорбентов относительно ионов кобальта (II)


Для синтезированных сорбентов были проведены анализы сорбционной емкости относительно ионов кобальта.

Кобальт в качестве микроэлемента весьма активно влияет на поступление в организм азотистых веществ, увеличения содержания хлорофилла и аскорбиновый кислоты, активирует ряд ферментов, усиливает биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Он является связующим звеном между сорбентом и сорбированным препаратом. Именно поэтому, нами были проведены исследования по получению кобальтсодержащих энтеросорбентов. На рисунке 3 представлены данные по удельной адсорбции выше представленных сорбентов относительно ионов кобальта.

Получение сорбционных материалов с биогенными элементами


Рисунок 3 - Удельная адсорбция относительно ионов Со2+ компонентов, составляющих структуру сорбента и самого сорбента на основе микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) и казеина


Для данных кривых было получено критериальное уравнение и рассчитана вероятность степени аппроксимации.

Y = -75397x5 + 64191x4 - 20021x3 + 2761,9x2 - 157,67x + 3,2388

R2 = 0,8572


Анализируя кривые адсорбции относительно ионов Со2+ (рис.3) на поверхность сорбента из раствора можно сделать вывод, что процент связывания ионов кобальта с сорбентом на основе МКЦ и казеина выше, чем отдельных компонентов сорбента. Данное обстоятельство можно объяснить не только процессами, связанными с наличием активных групп, входящих в состав казеинового комплекса, но и самой структурой сорбционной матрицы. Кроме того, ионы кобальта оказывают незначительное влияние на мицеллу казеина, тем самым, не нарушая имеющих место межмолекулярных взаимодействий. При этом адсорбционные процессы протекают по классической схеме локализованной адсорбции (кривая адсорбции казеина относительно ионов Со2+ рис. 3) .

Сопоставляя полученные результаты адсорбционных процессов, протекающих на поверхности компонентов, входящих в состав сорбента МКЦ + казеин, и самого сорбента можно сделать выводы, что казеин, гетерогенизированный на поверхности носителя, значительно увеличивает процент адсорбции. Этот результат наглядно демонстрирует рис.3.

3.3 Исследование сорбционной емкости сорбентов

относительно ионов железа (II).

Для исследования брали 2г сорбента МКЦ+5 мас.% казеин, заливали 5мл хлорида железа (III) известной концентрации (0,1М; 0,5М; 1М). По истечении 24ч раствор отфильтровали.

Нами была рассчитана удельная адсорбция, данные которой представлены на рисунке.


Получение сорбционных материалов с биогенными элементами


Рисунок 4 - Удельная адсорбция сорбентов на основе МКЦ с различным содержанием казеина относительно ионов Fe(III)


Для данных кривых было получено критериальное уравнение и рассчитана вероятность степени аппроксимации.

Y = -34701x4 + 7206,5x3 - 494,08x2 + 13,629x - 0,1088

R2 = 1


Анализируя кривые адсорбции относительно ионов Fe (рис.4) на поверхность сорбента из раствора можно сделать вывод, что процент связывания ионов железа с сорбентом на основе МКЦ и казеина выше, чем отдельных компонентов сорбента. Это обстоятельство объясняется структурой сорбционной матрицы. Кроме того, ионы железа оказывают незначительное влияние на мицеллу казеина, не нарушая межмолекулярных взаимодействий.

Нами была рассчитана сорбционная емкость разработанных сорбентов относительно различных концентраций ионов железа. Данные сорбционной емкости представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Сорбционная емкость энтеросорбентов, относительно различных концентраций ионов железа




















3.4 Исследование сорбционной емкости сорбентов

относительно ионов магния (II).

Для исследования брали 2г сорбента с 5%-ным содержанием казеина залили 5мл сульфата магния известной концентрации (0,1М; 0,5М; 1М). По истечении 24ч исследуемый раствор отфильтровали и проводили титрование. Нами была рассчитана удельная адсорбция. На рисунке 5 представлены данные по удельной адсорбции представленных сорбентов относительно ионов магния (II).

Получение сорбционных материалов с биогенными элементами


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В соответствии с целью и поставленными задачами проведенных исследований по одному из основных направлений биотехнологии – разработке новых сорбционных материалов с заданными свойствами– удалось разработать матрицы, которые обладают рядом преимуществ: развитой удельной поверхностью, термостабильностью, механической устойчивостью, малым изменением объема гранул при изменении рН или ионной силы, наличием функциональных групп, пригодных для селективной иммобилизации.

Разработана технология получения энтеросорбентов на основе микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) путем гетерогенизации поверхности природным высокомолекулярным соединением белковой природы - казеином.

Исследована сорбционная емкость разработанных сорбентов относительно ионов кобальта. Полученные данные показали, что сорбционная емкость больше у самого сорбента, в отличие от компонентов сорбента. Данное обстоятельство можно объяснить не только процессами, связанными с наличием активных групп, входящих в состав казеинового комплекса, но и самой структурой сорбционной матрицы.


Список используемой литературы


Алексеева Н.Ю., Аристова В.П., Патратий А.П. Состав и свойства молока как сырья для молочной промышленности: Справочник. - М.: Агропромиздат, 1986. - С.238.

Белявская Т.А., Большова Т.А., Брыкина Г.Д. Хроматография неорганических веществ. М.: Высшая школа, 1986 г. – 296 с.

Горбатова К.К. Биохимия молока. - М.: Пищевая пром-ть, 1980. - 354 с.

Глегг Р.Е., Танг Л.Дж., Бруэр Р.Дж.Д. Фракционирование .- Целлюлоза и ее производные. Под ред. Н.Байклза, Л.Сегала. - М.: Мир, 1974. - Т.1. - С.382-412.

Давидова Е.Г., Рачинская В.В. Сорбция белков на ионообменных целюлозах // Прикладная биохимия и микробиология. -1977.- Т.3. - №3. -С.341-345.

Дудкин М.С., Щелкунов Л.Ф. Пищевые волокна и новые продукты питания (обзор) // Вопр. питания. - 1998. - №2. - C. 35 – 41.

Измайлова В.Н., Ребиндер П А. Структурообразование в белковых системах. – М.: Наука,1974. – С.68.

Иммергут Э.Х. Целлюлоза. - M.: Лесная промышленность, 1967. -С.114-117.

Каравайко Г.И., Галицкая Н.Б., Авакян З.А. Способ получения твердых биосорбентов для извлечения металлов // RV 2045574.C12N11/08. – 1995.

Колотуша Т.Т., Полонская И.Н., Белякова Л.А. и др. Способ получения носителей для иммобилизации органических соединений // AC №1153975.B 01I 20/10. – 1985.

Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Дмитриев Б.А. и др. Химия углеводов. - М.: Химия. - 1967. – 350с.

Куличинский Ю.Л., Малашенко Т.А., Фирсова В.И. Способ получения белкового сорбента// SU 1680715,С08 Н1/00, В01J20/30, С08 I5/20/-1991.

Кунижев С.М., Денисова Е.В. Информационный листок «Биофильтры нового поколения». – Ставрополь: Изд-во СГУ, 2001. 2 с.

Кунижев С.М., Серов А.В., Денисова Е.В., Аполохова С.Ф., Воробьева О.В., Анисенко О.В. // Заявка 2002105544 (РФ) Способ получения сорбентов. Положительное решение от 7 марта 2002. 7 с.

Лишевская М.О., Вирник А.Д., Роговин З.А. Введение новых функциональных групп в макромолекулу модифицированной целлюлозы, содержащей ароматические аминогруппы. – Москва, 1963. – 165с.

Макушин Е.М., Тур Л.Т. Способ получения сорбента // АС 615089 С 08 В 15/00. – 1978.

Матюшин Ю.Н., Корчатова Л.И., Сопин В.Ф. Исследование влияния условий высушивания целлюлозы на теплоту ее сгорания. I Всесоюзная конференция по синтезу целлюлозы и его регуляции.: Тез.докл. – Казан, 1980. - С 36.

Раскин М.Н., Егоров А.Е., Васильева Г.Г., Кательникова Н.Е., Петропавловский Г.А. Способ получения МКЦ // АС № (11) 751808 30.07.80. Бюл. №28.

Роговин З.А., Шорыгина Н.Н. Химия целлюлозы и ее спутников. - М.: Госхимиздат, 1953.- .678с.

Степанова З.Н., Грищенко С.И., Стручак С.В., и др. Способ получения сорбента для аффинной хроматографии //SV 1578137.C08B15/00,B01I20/24.20/30. – 1990.

Тарчевский И.А., Марченко Г.Н. Биосинтез и структура целлюлозы. – М.: Наука, 1985. – 279 с.

Тетин А. Химия и физика молока. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 624 с.

Черкасов А.Н., Пасечник В.А. Мембраны и сорбенты в биотехнологии. - Л.: Химия, 1991. - 240с.

Marx-Figini M., Schulz G.V. Die Viskosimetrische Molekulargewichts bestimung von Cellulosen und Cellulosennitraten unter Standartbedigungen. – Makromol. Chem., 1962. - Bd.54. - S.102-118.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: